第四章相平衡热力学第二定律重庆大学物理化学教研室编物理化学答案第四章.docx
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第四章相平衡热力学第二定律重庆大学物理化学教研室编物理化学答案第四章
第四章相平衡
4-1、指出下列各种体系侧独立组分数、相数和自由度数
(1)解:
因为没有化学反应,也没有浓度得限制,所以独立组分数K=2(NaCL和水);相数=2(固相NaCL和液相NaCL溶液);因为是在指定得压力下,所以自由度f=K+1=2-2+1=1。
(2)解:
因为有化学反应,所以独立组分数K=31=2;相数=3(两种固体和气体);自由度f=K+2=23+2=1。
(3)解:
因为有化学反应,而NH3和H2S是任意量的,故没有浓度限制,所以独立组分数K=31=2;相数=2(一种固体和气体);自由度f=K+2=22+2=2。
(4)解:
因为有化学反应和浓度限制(NH4HS部分分解),所以独立组分数=311=1;相数=2(一种固体和气体);自由度f=K+2=12+2=1。
(5)解:
独立组分数K=2;相数=2(两种溶液);因为在指定的压力下,所以自由度f=K+1=1
(6)解:
因为没有化学反应,所以独立组分数K=2;相数=2(一种溶液和一种气体);因为是在指定的温度下,所以独立自由度f=K+1=1
4-2、右图为CO2的平衡相图示意图,试根据该图回答下列问题:
解:
(1)从相图可以看出在0℃时液化至少需要加3458kPa。
(2)为把汽化热移走,温度必须下降到-56.6℃以下。
(3)从相图中可以看出,温度为-78.5℃可使固体CO2不经液化而直接升华。
题4-2图
4-3、解:
由题中的公式可得
d㏑p/dT=[14.323T-2-0.539/(2.303T)-0.009×10-3]×2.303
(1)
再由公式:
(2)
由式
(1)、
(2)可得蒸发热:
△vapHm=[14.323T-2-0.539/(2.303T)-0.009×10-3]×2.303RT2(3)
把温度带入公式可得:
△vapHm=106.01KJ/mol
根据基尔霍夫定律:
…(4)
∴△Cp=(-0.539T/2.303-0.009×10-3×2T)×R…(5)
把温度带入式(5)可得热熔差:
△Cp=-7.694J.mol-1K-1
4-4、解:
,两边进行定积分得:
△
△
mg/s=
=1.225×106Pa,
=
=-3.01×1094kJ·kg-1·m-3
T1=273K,∴T2=272K,温度要低于零下1度
4-5、解:
由已知条件:
T1=398.15K,P1=101.325Kpa,P2=233KPa
再由公式:
得T2=399K
此时水得沸点:
t=299℃
4-6、解:
△
,△
10×9.8×14.6×103=1430.8×103Pa
∴T2=247.32K
4-7、解:
(1)气—液平衡的温度—组成图如下:
(2)从图中作垂线可知泡点温度为110.2℃
(3)从图中作垂线可知露点温度为112.8℃
(4)经过105.0C点作平行线,可知组成为yB=0.417,xB=0.544
(5)此体系中XB=0.769,由杆杆规则可得w(g)×(XB-yB)=w(l)×(xB-XB)
而w(g)+w(l)=39kg,∴w(g)=12.31kg,w(l)=26.69kg
(6)从理论上说应该降低醋酸溶液得温度
4-8解:
线abc是三相平衡线,此时的相数为3,独立组分数为2,自由度为0
区域1:
熔液,此时的相数为2,独立组分数为2,自由度为1
区域2:
熔液和固体Pb,相数为3,自由度为2
区域3:
熔液和固体Sb,相数为3,自由度为2
区域4:
固体Pb和固体Sb,相数为2,自由度为1
4-9、解:
从图中可以知道,这是形成稳定化合物体系。
m点代表LaCL2的熔点,n点代表KCL的熔点,b点代表三相平衡点(低共熔点),h点代表生成的稳定化合物的熔点,f点三相平衡点(低共熔点)。
线abc,线efg都是三相平衡线,此时的自由度为0
区域1:
液相区,相数为1,独立组分数为2,自由度为1区
区域2:
液相+固相LaCL2,相数为3,独立组分数为2,自由度为2
区域3和4:
液相+固相d(生成的稳定化合物),相数3为,独立组份数为2,自由度为2
区域5:
固相KCL和液相,相数为3,独立组份数为2,自由度为2
区域6:
固相LaCL2和固相d,相数2为,独立组份数为2,自由度为1
区域7:
固相KCL和固相d,相数2为,独立组份数为2,自由度为1
在电解稀土熔盐时要添加KCL或者其他的氯化物如NaCL等,这是为了降低稀土熔盐的熔点。
题4-9图
4-10、解:
题4-10图
在600℃温度时,是MgCu2与液态固溶体处于平衡,设MgCu2与液态固溶体的含量分别为X和Y,由杠杆规则得,
,所以它们的相对含量分别为33.3%,66.7%
4-11、解:
(1)相图如下:
区域1:
液相L
区域2:
L+冰
区域3:
L+NaCl(固)
区域4:
L+NaCl2H2O(固)
区域5:
冰+NaCl2H2O(固)
区域6:
NaCl(固)+NaCl2H2O(固)
(2)28%的NaCl溶液,由433K冷却到269.2K时开始析出NaCl(固),到264.2K时,NaCl2H2O(固)开始析出,所以临近三相线时NaCl(固)析出得最多,设其量为X,则由杠杆规则可得:
(100-X)(0.28-0.2)=X(1-0.28),得X=13.7克
题4-11图
4-12、解:
(1)由杠杆规则可得m溶×LAB=m固×LBC
从图中可以看出LAB=LBC,∴m溶=m固=50g
∴有50g固熔体析出
2)对铜怍物料守衡,设溶液中铜得质量分数为X
∴m溶X+m固=70,由此可得:
X=0.4
∴溶液中含有20g铜,固熔体中含有50g铜
4-13、解:
相图如下:
区域1:
液相L区域2:
L+α固熔体区域3:
α固熔体
题4-13图
(1)从相图中可以看出含50%Ni的合金从1673K冷到1473K,在1583K时开始有固体析出,此时得固相的组成为ws=70%Ni,最后一滴熔化物凝结时的温度为1498K,此时液态熔化物的组成为wl=27%Ni
(2)从相图中可以看出液相组成为wl=23%Ni,固相的组成为ws=40%Ni
设液相为X克,固相为Y克,
故X+Y=250,0.23X+0.4Y=75,由此可得X=147.4克,Y=102.6克
∴Ni在熔化物和固溶体的数量:
ml(Ni)=33.9克,ms(Ni)=41.1克
4-14、解:
(1)区域1:
液相L区域2:
L+白硅
区域3:
L+莫来石区域4:
L+刚玉
区域5:
刚玉+莫来石区域6:
白硅+莫来石
区域7:
鳞石英+莫来石
题4-14图
AB线表示白硅、鳞石英和莫来石三相平衡
CD线表示液相L、白硅和莫来石三相平衡
EF线表示液相L、刚玉和莫来石三相平衡
(3)x、y、z点冷却的步冷曲线如下图
(4)所谓的共晶就是在共熔状态下冷却时,一种物质包覆到另一中物质的表面,从而形成合金,这一过程称为共晶。
4-15、解:
(1)区域1:
液相L区域2:
L+MnO(S)
区域3和4:
L(MnO)+L(白硅)区域5:
L+白硅
区域6:
L+鳞石英区域7:
L+2MnO·SiO2
区域8:
MnO+2MnO·SiO2区域9:
L+MnO·SiO21
区域10:
MnO·SiO2+2MnO·SiO2区域11:
鳞石英+MnO·SiO2
(2)步冷曲线示意图如下
(3)解:
设此时液相为Xkg,则
10(9-X)=20X,得X=3kg,固体MnO为6kg
液相中MnO为:
8.1-6=2.1kg
(4)此时以液态MnO和液态SiO2两相存在,w1/w2=320/41
题4-15图
4-16、解:
(1)冷却结晶的方法,在419℃进行较为适宜
(2)设419℃时液态Zn为x,低共熔物为y,由杠杆定律可得:
95x=1.3y,∴x/y=
∴
=98.65%,低共熔体中含有0.65%
除过Pb后,Pb的含量最低为0.65%
(3)精练后能低共熔体的质量:
,固熔体的质量13.5kg
设低共熔体中Zn的质量为986.5×99.3%=975.5kg,含Pb为7kg,析出的Pb中含有0.5kgZn
4-17、解:
4-18、解:
题4-18图
区域1:
液相L区域2:
α固熔体
区域3:
L+α固熔体区域4:
L+β固熔体
区域5:
L+γ固熔体区域6:
α固熔体+β固熔体
区域7:
β固熔体区域8:
β固熔体+γ固熔体
区域9:
γ固熔体
4-19、解:
(1)由形成稳定的化合
区域1:
液相L区域2:
α固熔体+L
区域3和4:
L+B区域5:
α固熔体
区域6:
α固熔体+A区域7:
L+A
区域8:
A+B区域9:
B+C
区域10:
L+C区域11:
L+Zn
区域12:
C+Zn
其中A:
MgZnB:
MgZn2C:
MgZn3
题4-19.1图
题4-19.2图
(2)解:
区域1:
液相L区域2和4:
固熔体γ+L
区域3:
固熔体γ区域5:
L+β固熔体
区域6:
固熔体δ区域7:
β固熔体
区域8:
β固熔体+Fe3C区域9:
固熔体α
区域10:
固熔体α+β固熔体区域11:
:
固熔体α+Fe3C
(3)解:
区域1:
气相区域2和3:
气相和液相
区域4:
液相L区域5和8:
L+白锡
区域6:
L+Sn3O4区域7:
L+SnO2
区域9:
L+白锡+Sn3O4区域10:
SnO2+Sn3O4
区域11:
白锡+Sn3O4区域12:
灰锡+Sn3O4
题4-19.3图
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